Piensa en la última vez que estuviste en un lago, río o océano. ¿Recuerdas las ondas del agua, las olas rompiendo contra las rocas, la estela que sigue a un bote, el sol reflejándose en las crestas?Las ecuaciones que describen muchos de estos fenómenos se conocen desde hace más de cien años. El problema es que, en realidad, resolverlos es extremadamente difícil y costoso, lo que hace que las simulaciones precisas y realistas sean un problema importante para los científicos informáticos, los artistas visuales y otros. Ahora, los científicos informáticosen el Instituto de Ciencia y Tecnología de Austria IST Austria y Nvidia han introducido una nueva representación de ondas que mejora la eficiencia computacional en al menos un orden de magnitud. Basado en principios de física teórica, su método también permite significativamente más detalles visualescomo un mayor grado de control del usuario.
Como las ecuaciones que modelan las ondas superficiales del agua son tan difíciles de resolver en su forma original, al estudiar estas ecuaciones, los investigadores suelen asumir que las ondas no son "demasiado" grandes. Esto simplifica el problema lo suficiente para su trabajo, pero no lo suficiente como parahacer que sea manejable para gráficos por computadora. En el pasado, esto se resolvió simplificando aún más las suposiciones y luego utilizando métodos numéricos para resolver las ecuaciones. En este enfoque, las ondas del agua se representan mediante una cuadrícula de puntos a diferentes alturas sobre la superficie del agua, y el movimiento se simula actualizando repetidamente las alturas de los puntos en función de las alturas de sus vecinos. Sin embargo, la calidad visual de la simulación depende de lo fina que sea la cuadrícula y, además, es imposible producir rápidamente una imagen de laolas en un futuro lejano, ya que estas actualizaciones, o pasos de tiempo, deben computarse una tras otra. Un salto inicial se dio en 2007, cuando otro equipo de investigadores partió de la idea de una onda almacenada en una cuadrícula, y en su lugar modeló la cresta de cada onda como una cadena de puntos, y permitió que esos puntos se movieran a lo largo de la superficie como lo harían las ondas reales.
Ahora, el profesor de IST Austria Chris Wojtan y el ex postdoctorado de IST Austria Stefan Jeschke han aplicado ideas de la física teórica para desarrollar un nuevo tipo de representación de las ondas como paquetes. Cada paquete de ondas contiene una colección de longitudes de onda similares y luego formaciones de ondas más grandesse crean agregando paquetes individuales. Romper las olas de esta manera no es nuevo para la física, pero es nuevo para los gráficos por computadora, y de esta manera, el equipo ha desarrollado una simulación que es más versátil y físicamente plausible que los métodos anteriores.Además, como su método es en gran medida independiente de los pasos de tiempo y no se basa en una cuadrícula computacional, el usuario puede mirar muy lejos en el futuro o pasado de la simulación y examinar las ondas arbitrariamente de cerca. Efectos importantes, comoLa reflexión, la dispersión, la refracción, la difracción y la disipación se pueden incluir con un trabajo adicional mínimo, lo que aumenta aún más la calidad y la credibilidad de la simulación.
Además de la credibilidad, el costo y la eficiencia de la computación son consideraciones cruciales para cualquier simulación, y el método del equipo también mejora los métodos anteriores en esta área. "Cuando queremos optimizar una simulación por computadora, tenemos que pensar en qué informaciónalmacenar, cuánto almacenamos y cuánto cuesta actualizar todo ", explica Chris Wojtan." En este caso, cada paquete de ondas es relativamente barato de almacenar y actualizar. Dado que cada paquete de ondas se calcula en paralelo,el número de paquetes depende del usuario y puede decidirse en función de sus necesidades y las capacidades de su sistema ".
"También es popular entre los artistas visuales", agrega Stefan Jeschke. "Si un director de cine quiere agrandar las olas alrededor de un monstruo, incluso si la física no está de acuerdo, es fácil ajustar la altura de la ola enun área en particular, simplemente cambiando los paquetes de ondas en esa región. Cuando la visualización se basa en pequeños pasos de tiempo secuenciales, realizar un pequeño cambio podría significar ejecutar otro cálculo de veinte horas, con la posibilidad de que la próxima versión también searechazado."
Además de implementar la idea de paquetes de ondas, Jeschke y Wojtan también desarrollaron una nueva teoría para simular estelas: el rastro de agua que sigue a un objeto que se mueve sobre la superficie del agua. Una vez más, recurrieron a la física teórica para averiguar cuállas ondas son visualmente dominantes, lo que permite ignorar movimientos insignificantes y reducir los costos de computación. El equipo está trabajando actualmente en la próxima iteración de su método, pero el código fuente de su software de simulación actual se puede descargar a través del enlace a continuación. Un videodel software en acción se puede ver aquí : http://www.youtube.com/watch?v=A2auK5Sf4gY&feature=youtu.be
Encuentre el informe en línea en: http://pub.ist.ac.at/group_wojtan/projects/2017_Jeschke_WaterWavePackets/wavepackets_author.pdf
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Ciencia y Tecnología de Austria . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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